CN114932889A - 跨座式单轨车辆混合制动***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨座式单轨车辆混合制动***及方法。混合制动***包括状态监控模块、第一控制模块、第二控制模块以及牵引‑制动***；状态监控模块包括状态监控数据接收模块、状态监控数据处理模块以及状态监控数据判断输出模块；状态监控数据接收模块用于接收TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息；状态监控数据处理模块用于计算目标需求减速度以及列车实际减速度，状态监控数据判断输出模块，用于比较目标需求减速度与列车实际减速度值，并根据判断结果调整制动指令信号，以通过第一控制模块或第二控制模块向牵引‑制动***输出PWM占空比电信号。因此，本发明可以控制车辆迅速到达指定减速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合制动***及方法，主要应用于跨座式单轨车辆。
背景技术
目前单轨车辆的制动***存在两种制动方式：电制动和摩擦制动。但是在全/半人工模式下，无固定模块对制动力进行计算并分配，只能由司机判断制动力充分与否，对司机驾驶要求较高，在全自动驾驶运营模式下，制动分配由信号***进行计算。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种跨座式单轨车辆混合制动***，以保证精准的靠站停车与乘客舒适性，同时也能更加满足单轨车辆符合国内铁道车辆制动性能标准。
为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
一种跨座式单轨车辆混合制动***，包括状态监控模块、第一控制模块、第二控制模块以及牵引-制动***，其中：
所述的状态监控模块，包括状态监控数据接收模块、状态监控数据处理模块以及状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据接收模块，用于接收TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息，并将所接收到的TCL手柄制动级位信息、车辆实时运行速度信息传输至状态监控数据处理模块；
所述的状态监控数据处理模块，用于计算当前TCL手柄制动级位信息所需要的目标需求减速度以及当前初制动的列车实际减速度，并将所计算出的目标需求减速度、列车实际减速度传输至状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据判断输出模块，用于比较目标需求减速度与列车实际减速度值，并根据判断结果调整制动指令信号，以通过第一控制模块或第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号；
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第一控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第一制动模式；
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第二制动模式。
优选地，所述的车辆实时运行速度信息通过安装在车辆上的速度传感器检测并反馈。
优选地，所述的第一制动模式以电制动为主、摩擦制动为辅对列车进行减速；且在第一制动模式下，施加电制动提供的制动力不满足要求时，才启动摩擦制动。
优选地，所述的第二制动模式适宜于列车低速运行模式或者电制动失效模式；且列车处于低速运行模式时，以摩擦制动为主、电制动为辅对列车进行减速，同时，在此过程中，摩擦制动提供的制动力逐步增大，直至电制动完全淡出；
当电制动失效时，第二制动模式施加摩擦制动控制列车减速。
优选地，列车处于低速运行模式时，列车运行速度低于7km/h。
优选地，所述的第一、第二控制模块均为PID控制模块。
本发明的另一个技术目的是提供一种跨座式单轨车辆混合制动方法，基于上述的跨座式单轨车辆混合制动***而实现，包括以下步骤：
步骤一、接收当前TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息；
步骤二、分别计算目标需求减速度、列车实际减速度值
步骤2.1、根据所接收到的TCL手柄制动级位信息，计算出所需要的目标需求减速度，以得到一个初始制动力；
步骤2.2、根据所接收到的车辆实时运行速度信息，计算出当前的列车实际减速度值；
步骤三、比较目标需求减速度以及列车实际减速度值，并根据比较结果选择匹配当前实际工况的制动模式，以满足目标需求减速度对应的初始制动力要求：
在制动的初始阶段，使用电制动对列车减速，并在电制动不足时使用摩擦制动作为补偿；
在列车低速运行阶段，电制动提供的制动力已经不能满足需求，启动摩擦制动；在此过程中，摩擦制动力逐步增大直至电制动完全淡出；
步骤四、重复步骤2.2、步骤三，直至达到目标需求减速度。
优选地，所述的步骤三中，当电制动出现故障时，制动模式只能选择摩擦制动，通过第二控制模块启动。
优选地，步骤（1）中的车辆实时运行速度信息通过列车上所安装的速度传感器进行采集、反馈。
优选地，步骤三中，列车处于低速运行模式时，列车运行速度低于7km/h；且列车运行速度接近2.7km/h时，电制动完全淡出，仅施加摩擦制动来控制列车减速。
基于上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：
通过对车辆速度和减速度的监控，不断调整减速度来控制车辆到达指定的减速请求水平，实现对车辆速度的闭环控制，反馈信号与控制信号不断对比及调整，控制车辆迅速到达指定减速度。
在当前方案中，不要求司机必须具有较高的职业驾驶素养，司机可直接通过手柄来激发车辆牵引制动指令，可直接根据前方制动距离需求来进行合理操作，冲击已被处理。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
如图1所示，本发明所述的跨座式单轨车辆混合制动***，包括状态监控模块、第一控制模块、第二控制模块以及牵引-制动***，其中：
所述的状态监控模块，包括状态监控数据接收模块、状态监控数据处理模块以及状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据接收模块，用于接收TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息，并将所接收到的TCL手柄制动级位信息、车辆实时运行速度信息传输至状态监控数据处理模块；车辆实时运行速度信息通过安装在车辆上的速度传感器检测并反馈。
所述的状态监控数据处理模块，用于计算当前TCL手柄制动级位信息所需要的目标需求减速度以及当前初制动的列车实际减速度，并将所计算出的目标需求减速度、列车实际减速度传输至状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据判断输出模块，用于比较目标需求减速度与列车实际减速度值，并根据判断结果调整制动指令信号，以通过第一控制模块或第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号；所述的第一、第二控制模块均为PID控制模块。
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第一控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第一制动模式；所述的第一制动模式以电制动为主、摩擦制动为辅对列车进行减速；且在第一制动模式下，施加电制动提供的制动力不满足要求时，才启动摩擦制动。
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第二制动模式。所述的第二制动模式适宜于列车低速运行模式或者电制动失效模式；且列车处于低速运行模式（列车运行速度低于7km/h）时，以摩擦制动为主、电制动为辅对列车进行减速，同时，在此过程中，摩擦制动提供的制动力逐步增大，直至电制动完全淡出（此时列车运行速度接近2.7km/h）；当电制动失效时，第二制动模式施加摩擦制动控制列车减速。
优选地，列车处于低速运行模式时，。
优选地，
基于上述的跨座式单轨车辆混合制动***，本发明提供一种跨座式单轨车辆混合制动方法，包括以下步骤：
步骤一、接收当前TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息；车辆实时运行速度信息通过列车上所安装的速度传感器进行采集、反馈；
步骤二、分别计算目标需求减速度、列车实际减速度值
步骤2.1、根据所接收到的TCL手柄制动级位信息，计算出所需要的目标需求减速度，以得到一个初始制动力；
步骤2.2、根据所接收到的车辆实时运行速度信息，计算出当前的列车实际减速度值；
步骤三、比较目标需求减速度以及列车实际减速度值，并根据比较结果选择匹配当前实际工况的制动模式，以满足目标需求减速度对应的初始制动力要求：
在制动的初始阶段，使用电制动对列车减速，并在电制动不足时使用摩擦制动作为补偿；
在列车低速运行阶段（列车运行速度低于7km/h），电制动提供的制动力已经不能满足需求，启动摩擦制动；在此过程中，摩擦制动力逐步增大直至电制动完全淡出（此时列车运行速度接近2.7km/h）；
当电制动出现故障时，制动模式只能选择摩擦制动，通过第二控制模块启动。
步骤四、重复步骤2.2、步骤三，直至达到目标需求减速度。
原理：
本发明所述的跨座式单轨车辆混合制动***，需要由逻辑控制单元内部的两个控制模块和一个状态监控模块配合完成，状态监控模块根据列车运行情况选择符合工况的PID控制模块。
包括：
1.第一控制模块：通过施加电制动和摩擦制动对列车进行减速，达到目标减速度，摩擦制动只有在电制动全上且不足时才会施加。
2.第二控制模块：只通过摩擦制动对列车进行减速，电制动缓解并且不会施加。
3.状态监控模块：监测手柄动态位置和列车速度。
手动逻辑控制模块中的每个控制器（第一、第二控制模块）均为标准的PID控制器，每个控制器有两个输入：手柄位置，过程变量（速度与减速度）。速度作为减速度计算的输入，实时减速度作为与设定减速度比较的输入。
每个控制器生成一个输出：被控变量（牵引PWM波或制动PWM波），车辆逻辑控制单元通过速度实时监测，对计算得出的车辆加速度与减速度进行监测。根据手柄位置的减速度需求，对比实时减速度，调整PWM输出，最终达到所需求的减速度。
制动方案逻辑简述：
1.在制动初始阶段，第一控制模块使用电制动对列车减速，电制动不足时使用摩擦制动作为补偿。
2.列车低于7km/h时，第二控制模块进入待命状态，当检测到低速状态时的电制动满足不了制动力需求时，及时施加摩擦制动。在列车接近2.7km/h时，电制动完全淡出控制，只使用摩擦制动控制列车减速度。此阶段摩擦制动力逐步增大直至电制动完全淡出。
3.电制动失效（电制动故障）的情况下，第二控制模块施加摩擦制动控制列车减速度。
制动控制过程中，模块中的状态监控模块根据TCL手柄制动级位信息，计算出当前TCL位置所需要的制减速度需求，得到明确的制动指令后输出一个初步设定的制动力。
车辆逻辑控制模块根据列车速度的反馈，计算出当前初制动的列车减速度值，控制模块在对比目标减速度与实际减速度后调整制动指令信号，向牵引和制动***输出PWM占空比电信号。
制动过程中状态监控模块会根据实际工况选择PID控制器，以满足减速度设定目标值。
PWM信号输入到牵引/制动***，施加制动，车辆逻辑控制模块将根据再次接收到的实时速度，计算其实际减速度值，并将其与目标减速度对比。重新计算并输出更准确的制动指令，且换算成牵引/制动所需的PWM输入给PID模块，电制动/摩擦制动将会再次响应制动PWM指令。
在此过程中，车辆逻辑控制单元V持续接收速度传感器反馈信号，计算减速度值，并与TCL所在位置对应的需求减速度值进行比较，形成控制回路。
通过对车辆速度和减速度的监控，不断调整减速度来控制车辆到达指定的减速请求水平，实现对车辆速度的闭环控制，反馈信号与控制信号不断对比及调整，控制车辆迅速到达指定减速度。
为解决跨座式单轨车辆的手动模式下的乘客舒适度问题，通过改变制动控制方式的方案来，调整车辆逻辑控制模块对制动指令的处理功能，根据技术方案中的闭环控制策略，完成车辆制动过程的测试，并记录下车辆制动过程中的重要参数。
在分析车辆制动参数后，可以明确采用混合制动方式能改善跨座式单轨车辆原设计的车辆乘坐舒适性，并能满足国内轨道车辆标准。以测试数据作为检验实际制动效果和舒适度的标准，明确混合制动方式对车辆舒适度的改善明显，成功实现跨座式单轨车辆混合制动。
Claims (10)
1.一种跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，包括状态监控模块、第一控制模块、第二控制模块以及牵引-制动***，其中：
所述的状态监控模块，包括状态监控数据接收模块、状态监控数据处理模块以及状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据接收模块，用于接收TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息，并将所接收到的TCL手柄制动级位信息、车辆实时运行速度信息传输至状态监控数据处理模块；
所述的状态监控数据处理模块，用于计算当前TCL手柄制动级位信息所需要的目标需求减速度以及当前初制动的列车实际减速度，并将所计算出的目标需求减速度、列车实际减速度传输至状态监控数据判断输出模块；
所述的状态监控数据判断输出模块，用于比较目标需求减速度与列车实际减速度值，并根据判断结果调整制动指令信号，以通过第一控制模块或第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号；
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第一控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第一制动模式；
当所述的状态监控数据判断输出模块通过第二控制模块向牵引-制动***输出PWM占空比电信号时，牵引-制动***启动第二制动模式。
2.根据权利要求1所述的跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，所述的车辆实时运行速度信息通过安装在车辆上的速度传感器检测并反馈。
3.根据权利要求1所述的跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，所述的第一制动模式以电制动为主、摩擦制动为辅对列车进行减速；且在第一制动模式下，施加电制动提供的制动力不满足要求时，才启动摩擦制动。
4.根据权利要求2所述的跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，所述的第二制动模式适宜于列车低速运行模式或者电制动失效模式；且列车处于低速运行模式时，以摩擦制动为主、电制动为辅对列车进行减速，同时，在此过程中，摩擦制动提供的制动力逐步增大，直至电制动完全淡出；
当电制动失效时，第二制动模式施加摩擦制动控制列车减速。
5.根据权利要求4所述的跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，列车处于低速运行模式时，列车运行速度低于7km/h。
6.根据权利要求1所述的跨座式单轨车辆混合制动***，其特征在于，所述的第一、第二控制模块均为PID控制模块。
7.一种跨座式单轨车辆混合制动方法，基于权利要求1所述的跨座式单轨车辆混合制动***而实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、接收当前TCL手柄制动级位信息以及车辆实时运行速度信息；
步骤二、分别计算目标需求减速度、列车实际减速度值
步骤2.1、根据所接收到的TCL手柄制动级位信息，计算出所需要的目标需求减速度，以得到一个初始制动力；
步骤2.2、根据所接收到的车辆实时运行速度信息，计算出当前的列车实际减速度值；
步骤三、比较目标需求减速度以及列车实际减速度值，并根据比较结果选择匹配当前实际工况的制动模式，以满足目标需求减速度对应的初始制动力要求：
在制动的初始阶段，使用电制动对列车减速，并在电制动不足时使用摩擦制动作为补偿；
在列车低速运行阶段，电制动提供的制动力已经不能满足需求，启动摩擦制动；在此过程中，摩擦制动力逐步增大直至电制动完全淡出；
步骤四、重复步骤2.2、步骤三，直至达到目标需求减速度。
8.根据权利要求6所述的跨座式单轨车辆混合制动方法，其特征在于，所述的步骤三中，当电制动出现故障时，制动模式只能选择摩擦制动，通过第二控制模块启动。
9.根据权利要求6所述的跨座式单轨车辆混合制动方法，其特征在于，步骤（1）中的车辆实时运行速度信息通过列车上所安装的速度传感器进行采集、反馈。
10.根据权利要求6所述的跨座式单轨车辆混合制动方法，其特征在于，步骤三中，列车处于低速运行模式时，列车运行速度低于7km/h；且列车运行速度接近2.7km/h时，电制动完全淡出，仅施加摩擦制动来控制列车减速。
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| CN117985011A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种车辆制动方法及*** |
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2021
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